Issuu

FIZIKA

Рецензенти

Уредници

ISBN 978-86-17-20938-2

школа.

Обрађено је осам тематских целина:

1. Непроменљиво магнетно поље,

2. Променљива електрична и магнетна поља,

3. Осцилације,

4. Таласи,

5. Квантна природа електромагнетних таласа (зрачења),

6. Структура атома,

7. Структура атомског језгра и

8. Физика мегасвета. На крају сваке

1.1.

1.3.

4.1. атанак и кретае талаа. рте талаа. ..........................

4.2. арактеритике талаа

4.3. вотва електроагнетни талаа. ................................

Електромагнетни спектар

4.4. Радар и онар

4.5. ринци

4.6.

4.7. олеров

5.1. вант

5.2. отоелектрични

5.3. е

6. СТРУКТУРА

6.1. Радерфордов

6.2.

6.3.

6.4. Стимулисано

6.5. Холографија

6.6.

7.4. уклеарне реакцие

7.5. етекциа радиоактивног

7.6. озиетриа

7.7. леентарне

8.1.

8.2.

Када проводник није норамалан на правац

индукције B, већ с њим заклапа угао j , онда се

узима јачина компоненте B n = B sinj у правцу

нормале на проводник. Тада је: F = BI ℓ sinj .

Ова формула представља математички ис-

каз Амперовог закона.

Правац Амперове силе нормалан је на раван коју одређују правац проводника и правац магнетне индукције B, а истог је смера као Лоренцова сила. Одређивање

André-Marie, 1775–1836)

сане

смер

24.

Слика 2.1.

који постаје негативно наелектрисан („вишак“ електрона

слика 2.2.

Раздвојене наелектрисане честице

завојницу. Због тога долази до настајања

вредност.

од јачине струје, већ од карактеристика проводника (од

Слика 2.13.

мењају у току времена, светла мрља ће се кретати по екрану.

електрона, графикона временске зависности напона на једном

Бетатрон. – За убрзавање

(уређај за убрзавање електрона) конструисао је 1941. године амерички физичар Керст (D. W. Kerst). Основни делови бетатрона јесу електромагнет

стаклена комора (цев) у облику торуса (ђеврека), нормално

(индуковане струје) у проводнику услед промене

(струја самоиндукције).

Електромоторна сила самоиндукције је:

Електромоторна сила самоиндукције сразмерна

Јединица за коефицијент самоиндукције

односно

од равнотежног положаја, тј. максимална

елонгације, назива се амплитуда (x0). Амплитуда је константна

3.2.

РЕЗОНаНЦИја

Појава резонанције може се демонстрирати помоћу уређаја који је приказан на слици 3.6. На сталку је разапета (истегнута) нит о коју су обешена клатна. Два клатна (друго и четврто) једнаке су дужине,

(посматрано слева надесно), сва клатна се померају из равнотежног положаја, јер се

теже.

Појава резонанције посебно се користи у акустици (музички инструменти).

18.

19.

20.

22.

Процеси преношења осцилација од једне у другу тачку простора (таласно кретање) нису карактеристични само за супстанцијалне средине, него и за електромагнетна поља (електромагнетни таласи).

Процес преношења осцилација честица дате средине, а тиме и одговарајуће енергије у простору у току времена, назива се таласно кретање или талас.

Најчешће се осцилације из једне тачке (извора) преносе у свим правцима простора. На свим тим правцима постоје честице

су

фази – истовремено се удаљавају, достижу максимална удаљења, и приближавају равнотежном положају.

Површина нормална на правац кретања таласа, на којој све честице (тачке) осцилују у истој

шина).

Ако је средина хомогена и изотропна, брзина кретања таласа

то равни таласи. Таласи који потичу од удаљених извора могу се (апроксимативно) посматрати као равни таласи (слика 4.3).

Правац кретања таласа одређује се (означава) помоћу зрака линијом која је нормална на таласну површину (фронт таласа).

Трансверзални (попречни) таласи

могу се представити помоћу гуменог црева (врпце, гајтана) или система (модела) као што је приказано на слици 4.5. Један крај

црева прво учврстимо, а затим црево лагано затегнемо руком. Ако у слободном крају

изазовемо осцилаторно кретање,

4.3.

спортски, културни и друштвени догађаји,

са светом,

James Clark Maxwell (1831–1879)

нетни талас.

Механички таласи (таласи на води, звучни таласи) настају када се поремећај, односно почетно осциловање честица (молекула воде, ваздуха) посредством узајамног деловања преноси на суседне честице средине.

електромагнетних таласа представља промене електричног

(трансверзални): вектори E и

електромагнетних таласа, треба

4.4. РаДаР И сОНаР

Радари и сонари су технички системи

Функционишу

таласе (радар), односно звучне таласе (сонар), бележе

пређено растојање.

Сонарзначи„звучнанавигацијаиодређивањеудаљености“(„SoundNavigation And Ranging“. Служи за одашиљање високофреквентних звучних таласа. Радар је скраћеница за „откривање и одређивање даљине путем радиоталаса („Radio Detection And Ranging“). Ради тако што одашиље импулсе радиоталаса.

Радарску инсталацију чине три елемента: одашиљач, који емитује за веома кратко време сноп ултракратких радиоталаса

који хвата и „обрађује“ одбијене таласе; систем за визуализацију

тражене податке. Принцип рада и сонарног и радарског система

(померањима

Звукови које слушамо свакодневно веома су разноврсни, али се довољно јасно разликују музички тонови и шумови. Први се, на пример, односе на певање, звукове истегнутих струна или жица музичких инструмената (слика 4.36).

Шумови се јављају током рада мотора, при разним уда-

музичких звукова и шумова. Оштећени

плоча

Слика

Промену фреквенције звучних таласа

фреквенција смањује.

односунаизворталаса (предајник). Овапојава данас је позната као Доплеров ефекат

Промена фреквенције таласа, која

(звучних) таласа

мо, условно,

се извор

Када брзине извора vi и пријемника v p нису управљене дуж праве линије која их спаја, треба узети у

у том правцу (слика 4.46). Ако је позната фреквенција извора,

релације, може се одредити брзина кретања

коме се налази звучни извор. Пошто аналогне релације (формуле), уз релативистичке корекције, важе и за електромагнетне таласе, могуће је, на пример, одредити брзину летилице (ракете, авиона, космичког брода) чије електромагнетне таласе (сигнале) региструјемо. У свим тим случајевима узима се

електромагнетних

други заклон са два отвора симетрична

Стога се уместо једног прореза користи велики број паралелних врло блиских прореза (слика 4.54). Они се на стакленој плочи урезују дијамантским ножем. Зарези су веома густи, међусобно паралелни и на једнаким међусобним растојањима. Тако обрађена стаклена плоча (или од неког другог прозирног материјала) назива се дифракциона или оптичка решетка. Код такве дифракционе решетке улогу

светлост.

Стаклена

гушћусредину.Онсеједнимделом

(слика 4.58). Одбијени и преломљени зраци делимично су поларизовани, а њихове равни поларизације међусобно су

нормалне. Раван поларизације одбијене светлости је нор-

мална на раван цртежа (приказан је тачкама),

Брзина електромагнетних таласа (светлости) у вакууму је: c0 = 1 e0 m0 ,

гдесу e0 = 8,854 10–12 C2m–2N–1 електричнапропустљивост(пермеабилност)вакуума, m0 = 4p · 10–7 N A2 магнетна пропустљивост (пермеабилност) вакуума. Уношењем вредности ових константи у претходну формулу добија се вред-

музичких тонова и шумова. Звук који се образује хармонијским осциловањем честица (молекула, атома) назива се музички тон или, кратко, тон. Шумови се јављају током

(одступање од праволинијског кретања) при наиласку на ситне отворе, прорезе, оштре ивице итд., чије су димензије реда величине таласне дужине светлости. Што је отвор или ивица неког предмета мањих димензија, то је дифракција израженија.

Стаклена плоча (или плоча од неког другог провидног материјала) с великим бројем паралалених зареза (пукотина) на једнаким међусобним растојањима назива се дифракциона (оптичка) решетка

♣ Интерференција и дифракција потврђује таласну природу светлости. Појава поларизације доказује да су електромагнетни таласи (светлост) трансверзални таласи

♣ Светлосни таласи, као и уопште електромагнетни таласи, чије се осцилације изводе у једној равни (паралелним равнима),

33.

Када се катода K (електрода везана за

ра) осветли, рецимо ултраљубичастом

емитовани електрони. Они се

вредност. Она се назива струја засићења (сатурације)

напона има сталну

(области)

засићења (за стални интензитет светлости) сви електрони емитовани са катоде стижу на аноду, тако да се при даљем увећању напона њена вредност не мења (остаје стална). Струја засићења одређена је бројем

(ЗРАЧЕЊА)

fotokatoda svetlost

G fotoelektroni

(ЗРАЧЕЊА)

Louis de Broglie (1892–1987)

(ЗРАЧЕЊА)

на решетки чија је периода (константа) упоредива са том

(ЗРАЧЕЊА)

Rutherford Ernest 1871–1937

Niels Bohr 1885–1962

апсорбује електромагнетно зрачење. Други постулат (правило квантовања Борове

Pašenova

Balmerova

релативномалом растојању од језгра. Када се неком од тих електрона

се попуњава (10–10 s до 10–8 s) неким од електрона из виших енергијских нивоа (слика 6.10), при чему се емитују кванти (фотони) карактеристичног рендгенског зрачења. Разлика енергија тих нивоа одређује њихову енергију.

Спектар рендгенског зрачења приказан је на слици 6.11. Узане линије (оштри пикови) одговарају карактеристичном делу, а остали део криве закочном рендгенском зрачењу.

Оптички линијски спектри атома

304050607080

Установљено је, такође, да се интензитет

Електромагнетно зрачење настало преласком атома (молекула) на основно стање или на нижа енергијска стања, изазвано спољашњим зрачењем

исте енергије (фреквенције), назива се стимулисано (индуковано, принудно)

зрачење.

Са гледишта таласне теорије стимулисана (индукована) светлост има исту

енергију, смер кретања, почетну фазу, фреквенцију (таласну дужину) и раван по-

ларизације као и упадна светлост којом је

ЛасЕРИ

Стимулисана (индукована) светлост, као што је раније истакнуто, има изузетно значајна својства. Стога је било веома важно да се израде извори стимулисаног зрачења. Такви, квалитативно нови извори светлости названи су ласери. Реч ласер образује се од почетних слова енглеских речи Light Aplification by Stimulated Emission of Radiation, што у преводу

раду

се ефекти стимулисане (индуковане) емисије зрачења. Тај ефекат

светлости за побуђивање радне средине и кућиште за заштиту ласерског система. Први ласер конструисан је 1960. године (слика 6.16). Његово радно тело (активна средина) чинио је рубинов кристал (Al

6.5. ХОЛОГРаФИја

бијене од разних делова тог објекта.

Код холографије на фотографској плочи (филму), осим информација о амплитуди (односно њеном квадрату) светлосног таласа одбијеног од предмета који се снима, записан је и податак о фази тог таласа. Захваљујући том додатном податку могуће је добити тродимензионални лик тог предмета. Холографија је метод добијања тродимензионалне (просторне) слике

слике.

Осветљавањем холограма ласерским снопом под

германијум, силицијум,

један електрон за успостављање засићене ковалентне

мина, дужи век трајања, већа поузданост и ефикасност, мањи утрошак енергије

напајања, а повољније радне и техничке карактеристике. Све то условљава да полупроводнички елементи буду незаменљиви у савременој електронској техници. Електронска кола која се састоје

повезаних елемената смештених на силицијумским плочицама, тзв.

интегрисана кола. Интегрисана кола током последње две

су потисла електронска кола с дискретним компонентама и тако довела до огромног смањења димензија, масе, потрошње енергије, веће поузданости

уређаја,

рачунара и мобилне телефоније. Основни део рачунара је

Стимулисано (индуковано) зрачење је кохерентно, монохроматско и поларизовано.

Уређај у коме се остварује стимулисана емисија, тако да се добија монохроматско, кохерентно и строго усмерено електромагнетно зрачење (светлост), назива се ласер. Ласери могу бити кристални, течни,

у војној техници (нишањење, откривање и обележавање

електрона (носилаца струје) у четворовалентном полупроводнику (германијуму или силицијуму) у односу на њихов број у чистом хемијском стању. Тиме се повећава и електрична проводљивост полупроводника.

Полупроводници у којима су слободни електрони главни (основни) носиоци електричне струје називају се полупроводници n-типа (врсте).

Атоми примесе (у нашем примеру антимона) који обезбеђују повећани број слободних електрона у односу на њихов број у полупроводнику (германијуму) у чистом стању, називају се донори.

Када се као примеса користи тровалентан елемент (индијум, бор, галијум и други), тада се у полупроводнику (германијуму

20.

21.

22.

23.

24.

31.

атомска маса бора је 10,82, неона – 20,18, хлора – 35,46, кобалта – 58,71, бакра – 63,54, цинка – 65,38,

сила је изузетно великог интензитета, око сто пута превазила-

сила делује између нуклеона (протона и неутрона) у

честица (поменућемо их касније).

Нуклеарна сила је кратког домета. Радијус деловања је реда величине димензије самог језгра, тј. до 10–15 m. Када се повећава растојање, интензитет нуклеарне

7.2. ДЕФЕКТ МасЕ

(Maria Sklodowska-Curie, 1867–1934),

(Pierre Curie, 1859–1906)

Becquerel, Antoine Henri 1852–1908

Maria Sklodowska-Curie 1867–1934

Pierre Curie 1859–1906

Међутим, ова

ната, као, на пример, калијумовог

стица, бета-честица и гама-зрачења

magnetno poqe

olovni sud

vakuum komora

gama foton jezgro helijuma

elektron

detektor

БЕТа- РасПаД

Под појмом бета-распада подразумевају се три врсте нуклеарних трансформација: електронски бета-распад (b–-распад), позитронски бета-распад (b+-распад) и електронски захват. Електронски бета-распад (b–-распад).

се

-распад одвија путем емисије електрона, тада у језгру атома долази

у облику:

Шема ове трансформације

Jezgro

izolovani uvodnik

þiæana anoda zraæewe

katoda

nekoliko kV galvanometar

При проласку радиоактивног зрачења

Слика

процесу јонизације, као што је познато, од неутралних атома или молекула

настају јони и слободни електрони. Број јона по јединици

јонизације

7.7. ЕЛЕМЕНТаРНЕ

су наслеђени и користе се по инерцији пошто такви појмови

се везују за ниво научног развоја. Честице којима се на одређеном

јединствене целине (задржавају свој идентитет), називају се елемен

нестабилне. Време просечног

живота p±-мезона је око 2,6 10–8

и лептони, или само лептони. Ета-мезон (h-мезон) има масу већу око 1 074

Време живота ове честице је реда величине 10–17 s

p-мезона и g-фотона.

Бариони. – Следећу групу елементарних честица чине

дају нуклеони (протон и неутрон) и хиперони: ламбда-нула хиперон (L0), сигма-хиперони (S+, S–, S0), кси-хиперони (X0, X+), омега-хиперон (Ω–), ламбда-c хиперон L + c и ламбда-b хиперон L 0 b .

већа од масе нуклеона; масе W– (омега-минус честице)

масе нуклеона, L + c (ламбда-плус са индексом c)

нуклеона L 0 b (ламбда-нула са индексом b) чак

нуклеона.

наелектрисање (протони) атома. Протони и неутрони имају

честице

хиљаде пари јона, који постају центри кондензовања паре, тако да трагови постају видљиви (могу се и снимати). На основу броја трагова, њиховог

зрачења. У последње време као детекционе средине све више се користе полупроводници. Принцип рада тих

граму

честицама или пољима остају недељиве, јединствене целине, називају

22.

23.

24.

25.

33.

100 000 svetlos. god.

spiralni kapci

Sunce smer rotacije

zatvorena zvezdana jata

jezgro

10 000 sv. god.

Merkur

Venera

Sunce Sunce

Merkur

Venera

Zemqa

Udaqenost od Sunca u milijardama kilometara

Осим осам планета, у данашње време познато је и око 2000 малих планетоида (астероида), a пречник најмањих износи 1 km. Постоје и тела још мањих димензија која се не могу видети телескопом, а на Земљу доспевају у облику мете-

орита. Метеорски рој приказан је на слици 8.9. Та теласе састоје од гвожђаи силиката, исто као и астероиди који се крећу углавном међу орбитама Марса и Јупитера.

У Сунчевом систему присутне су и многобројне комете. Комете су необична тела променљивог

облика.Постајувидљиве(чакиголимоком)кадасе приближе Сунцу.

Репови комета увек су окренути од Сунца (слика 8.10). Оне имају релативно велику запремину, али веома малу масу (густину), па не изазивају поремећаје у

(Laplace, Pierre Simon, 1749–1827).

Emmanuel, 1724–1804),

својеосновеуграђујуКант–Лапласову идеју, али знатно

♣ Астрономија је најстарија природна наука. Њен назив потиче од грчких речи astron – управљати и nоmos – закон. У почетку се развијала као независна наука, углавном као наука на теоријским основама. Временом астрономија користи достигнућа других, пре свега, природних наука (физике).

Препород астрономије извршио је Никола Коперник (1473–1543), познати пољски научник. Он је утемељио хелиоцентрични систем; по коме је Сунце у средишту, а око њега по одређеним орбитама

(1957).

За сада

су 1964. године.

Постојање небеских тела, снажних

Човек се

пролетео кроз Сунчев систем. Тада су добијени снимци

хових сателита.

Године 1975. сонда „Венера

теорије релативности (1917), теорије

рупа.

пре 14,7 милијарди година.

Верује се да је пре тога материја била у хипергустом стању, концентрисана у једној „тачки“. После Великог праска (Big Bang) из те просторно-временске тачке, тзв. сингуларитета, настала је васиона.